当前课程知识点:设施园艺学 > 第五章 园艺设施的规划设计 > 第3节 日光温室的设计(二) > 第3节 日光温室的设计(二)
我们讲第三个问题
日光温室采光设计
前面学习了建筑日照的相关理论
我们现在讲日光温室的采光设计
日光温室的采光设计
是通过日光温室的建筑形体尺寸
来实现的
现在介绍
日光温室建筑形体尺寸的确定方法
首先是前屋面角的确定
在日光温室的采光设计中
为使进光量最大
日光温室前屋面与太阳光线
应成比较合理的角度
如果使冬至日
正午太阳光线入射角为零
看这个图
也就是太阳高度角
加前屋面角等于90度
这时 反射率为零 透光率最大
我们称这时的前屋面角为理想屋面角
通过推导
理想屋面角的计算公式
就是前屋面角等于
地理纬度减去赤纬角
我们举个例子
西安地区的地理纬度为34度15分
那么我们计算出来的
理想屋面角为
34度15分减去负的23度27分
等于57度42分
北京的地理纬度为39度54分
计算得到的
日光温室的理想屋面角为63度
在我国北方高纬度地区建造日光温室
如果使前屋面角成为理想屋面角
常使前底角加大到60~70度
造成前坡陡立 屋脊高
因而后墙也高
而栽培面积并不增加
并且保温困难 而且造价高
通常不被采纳
那前屋面角如何确定呢
我们前面已经分析过
入射角不超过40度时
透光率下降很少
因此 我们可以用40度作为入射角
作为设计参数
控制冬至日
正午太阳光线的入射角为40度
这时的前屋面角被称为合理屋面角
通过前面讲的内容
可以推导出
合理屋面角的计算公式为
前屋面角等于
地理纬度减去赤纬角减40度
那么我们来计算一下
合理屋面角
以西安为例
计算得到的
温室的合理屋面角为17度42分
北京的合理屋面角为23度21分
前屋面角采用合理屋面角
比理想屋面角小了很多
这是第一代节能日光温室
采用的前屋面角度
这个角合理不合理呢
我们分析一下
太阳高度角在一天当中是变化的
正午最大
距离正午越远 其值越小
而且上 下午
距离正午相等间距时刻的
太阳高度角相等
因此 用正午的太阳高度角
来计算得出的前屋面角偏小
釆光仍不理想
那怎么办呢
我们发现
在冬至日10点到14点这四个小时内
温室内的作物光合作用最强
对光照的需求大
如果这个时间段的太阳入射角
能小于40度
而不是正午的短时间段满足要求
使温室的采光较好
这样得出的前屋面角
被称为合理采光时段屋面角
根据合理采光时段屋面角的定义
太阳时角取上午10时的数值为-30度
太阳入射角为40度
以及当地的地理纬度
冬至日赤纬角
代入前面的公式1-3
就能计算出合理采光时段屋面角
合理采光时段屋面角作为前屋面角
这是第二代节能日光温室的
采用的前屋面角
这个表列出了
不同地理纬度地区的
合理屋面角和合理采光时段屋面角
可以看出
从北纬23度到43度的地区
合理屋面角比
合理采光时段屋面角要小
大约在10.69-11.24度之间
这张表列出了
北方部分城市的合理采光时段屋面角
我们在设计日光温室时
可以直接采用
前屋面角确定了
就可以设计前屋面的形状
我们来看一下
前屋面形状如何来设计
屋面形状要有利于日光透射进入温室
前屋面形状一般会采用曲线
这个曲线上的每一个切线角度都会不同
我们看这张图片上的日光温室
前底角角度较大
越向上 曲线的切线角度越小
我们来看几个日光温室
这个温室脊高显著偏低
仅有25%的采光屋面投影
大于合理采光时段屋面角
再看这个日光温室
前底角的角度比较大
导致上部曲线切线角度比较小
有25%的采光屋面投影
大于和接近合理采光时段屋面角
这样的设计显然不合理
那我们怎么办呢
我们需要前屋面精细化的设计
看这个图
在温室跨度和后屋面水平投影
不变的情况下
提高温室屋脊的高度
增加前屋面角
得到合理的屋面形状
这样 对于10米跨的温室
后屋面水平投影长度2米
前屋面角36度 脊高6米
有75%的采光屋面
接近和大于合理采光屋面角
这样的屋面形状设计才比较合理
对于后屋面仰角来说
后屋面仰角的大小
是会影响后墙的采光
后屋面仰角要大于太阳高度角
才能保证后墙整个高度上
受到光线的照射
所以后屋面仰角
要保证冬至日前后一个半月内
后墙内侧全高范围内
都能得到阳光的照射
以北纬40度地区为例
2月19日是雨水时节
距离冬至日接近两个月
这时的太阳高度角为38.5度
日光温室的后屋面仰角
大于这个角度就可以了
我们常取40度
作为北纬40度地区
日光温室的后屋面仰角的角度
但对于跨度
没有明确的标准
在一定的范围内取值就可以了
在北纬38-40度地区
温室的跨度为7到12米
在北纬41-42度的地区
温室的跨度取6.5~10米左右
纬度在43度左右的地区
温室的跨度取6.5到8米左右
后屋面水平投影长度
后屋面水平投影长度
与温室保温和采光密切相关
日光温室后屋面水平投影长度
随着纬度的升高而加长
在跨度一定的情况下
后屋面长的温室
前屋面就相对短
温室升温较慢
但是 夜间降温也慢
保温效果好
但实际生产当中
我们会遇到以下几种情况
我们看这个图片当中的日光温室
就没有后屋面
这张图中的日光温室
后屋面有 非常短 形同虚设
这张图片当中的日光温室
后屋面又窄 又平 又薄
这些温室的后屋面设计都不合理
那后屋面水平投影长度
到底多少合适呢
我们可以用脊位比来确定
后屋面水平投影长度越长
前屋面水平投影越短
前屋面水平投影长度与跨度之比
我们称为脊位比
前屋面水平投影
等于跨度减去后屋面水平投影
利用这个脊位比
就可以确定后屋面水平投影的长度
对于周年生产的日光温室脊位比
我们一般取0.8
对于冬季生产的温室
脊位比可以适当降低
可以选0.78到0.79
也就是适当的加长后屋面
可以利于保温
对于低纬度和较暖和的地区
可以适当的加大脊位比
但避免因为前屋面较长
而显著增加散热损失
接下来我们讲屋脊的高度
在确定了日光温室
前屋面角 跨度
和后面水平投影的情况下
可以利用下式直接计算出屋脊的高度
通过调整后屋面水平投影长度的大小
可以调整屋脊的高度
后墙高度
当日光温室的脊高
后屋面仰角
以及后屋面水平投影长度确定以后
后墙的高度可以通过下式来计算
后墙的高度与后屋面的仰角有关
两者互相制约
增加仰角可以降低后墙的高度
后墙高度同时还要满足使用的功能
一方面 在后墙附近设置通道
所以 后墙的高度要高于人体的高度
一般在两米以上
另一方面
要求墙体有足够的高度
才能达到一定的蓄热面积
最后一个参数是长度
我们对长度的设计没有明确的要求
但因为日光温室东西两个山墙
在上 下午会产生阴影
要求日光温室的长度不小于50米
在实际生产中
多按一亩地来进行设计温室
所以温室的长度
一般可以达到90到100米
温室长度较大时
屋面纵向联系构件的设置
应考虑材料的热胀冷缩的不利影响
如果采用砖后墙
应在中部预留伸缩缝
如果前屋面采用自动卷帘被时
温室的长度
不能超过卷帘机的工作长度
以上就是
日光温室形体参数的设计方法
这张表中列出了
不同地理纬度 不同跨度
日光温室的设计参数
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